سیاه چاله ها: از ابتدای معادله سرعت فرار تا تابش هاوکینگ

بیاید مقاله را با این سوال که چرا سیاهچاله ها سیاه هستند؟ شروع کنیم. برای پاسخ به این سوال، اجازه دهید برخی از اصول اولیه در مورد سرعت فرار را مورد بررسی قرار دهیم. طبق نسبیت عام، می‌دانیم که اجسام عظیم، فضا-زمان را تاب می‌دهند و هرچه جرم بیشتر باشد، تاب دادن بیشتر است. به همین دلیل است که اجسام از آسمان به زمین سقوط می‌کنند، آنها به سادگی انحنای ایجاد شده توسط جرم زمین را دنبال می‌کنند. اما چیزی میتواند از کشش گرانشی زمین فرار کند که با سرعتی بیشتر از سرعت فرار زمین، از زمین دور شود. به این معنی که شی انقد سریع حرکت میکند که میتواند از انحنای ایجاد شده توسط زمین خارج شود. این به نوعی شبیه به تلاش برای خروج از یک گودال است. اگر با سرعت زیادی از آن بالا بروید یا درون آن بچرخید، پس از مدتی میتوانید از آن خارج شوید. سرعت لازم برای فرار از دست انحنای گرانشی زمین، حدود ۱۱.۲ کیلومتر بر ثانیه است. حرکت به این سرعت دشوار است اما ما با هر شاتل و کاوشگری که به فضا راه یافته است، موفق شده ایم این کار را انجام دهیم. اما، سرعت مورد نیاز برای فرار با معادله ای محاسبه می‌شود که شعاع در مخرج آن قرار دارد، این بدان معناست که اگر جرم یکسانی را در ناحیه کوچک تری داشته باشید، سرعت فرار بزرگتر می‌شود. سیاه چاله یک جرم عظیم با شعاع صفر است، در نتیجه سرعت فرار آن بینهایت است! یعنی هیچ جسمی نمی‌تواند از گرانش سیاهچاله بگریزد، مهم نیست با چه سرعتی حرکت کند، حتی نور که سریع ترین سرعت ممکن را دارد نیز از دست گرانش سیاهچاله در امان نیست. در نتیجه، نور نمی‌تواند از سیاهچاله خارج شود که ما سیاهچاله را ببینیم، به همین دلیل همه چیز در سیاهچاله سیاه مطلق است. این موضوع ما را به یک نتیجه جالب می‌رساند، هرچیزی که به اندازه کافی چگال باشد که سرعت فرار آن از سرعت نور بیشتر باشد، سیاه چاله است!به طور فرضی، هرچیزی که به اندازه کافی فشرده شود، میتواند به سیاهچاله تبدیل شود. البته میزان فشرده سازی مورد نیاز حیرت آور است. برای اینکه زمین تبدیل به سیاهچاله شود، باید شعاع آن کمتر از یک سانتی متر باشد. در واقع کل جهان باید در اندازه یک گلوله آدامس جمع شود. حتی فردی مثل من یا شما هم می‌تواند تبدیل به سیاهچاله شود. اما باید در کره ای با شعاع ۱۰ در توان -۲۵ متر فشرده شود. این اندازه به قدری از یک اتم کوچیک تر است که یک اتم از انسان کوچک تر است!اما وقتی صحبت از چیزی میکنیم که همه چیز را می‌بلعد، چه چیزی میتواند مانع از بلعیدن کل جهان توسط آن شود؟ قطعا برای یک چیز، فضا بسیار بزرگ است. اجسام بسیار نزدیک به یک سیاهچاله ممکن است محکوم به فنا باشند، اما اگر به اندازه کافی از یک سیاهچاله فاصله بگیرید، گرانش آن تفاوتی با زمانی ندارد که یک جسم معمولی باشد، به عبارت دیگر اگر امروز خورشید ما تبدیل به سیاه چاله شود مدار زمین کوچک ترین تغییری نمی‌کند! زیرا از افق رویداد آن فاصله داریم و تبدیل شدن آن به سیاهچاله از لحاظ گرانشی تفاوتی ایجاد نمی‌کند.یکی دیگر از ویژگی های جالب سیاهچاله ها که توسط استیون هاوکینگ کشف شده بود، تابش هاوکینگ است. در فضای خالی، ولی پر جنب و جوش، ماده و پادماده به طور اتفاقی و دائم ظاهر می‌شوند و یکدیگر را از بین می‌برند و به طور خلاصه انرژی را از خود خلأ می‌گیرند. برای درک دقیق تر این اتفاق بایستی در مورد اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بخوانید. اما این اتفاق وقتی در نزدیکی یک سیاهچاله رخ میدهد چه اتفاقی می‌افتد؟ گاهی اوقات یکی از این ذرات توسط افق رویداد یک سیاهچاله بلعیده می‌شوند و دیگری برای فرار آزاد می‌ماند و انرژی دزدیده شده از سیاهچاله را با خود می‌برد. اما این انرژی دزدیده شده نمی‌تواند از هیچ ناشی شود، سیاهچاله با نشت آهسته جرم خود این انرژی را جبران می‌کند. در نتیجه به طور مداوم جرم خود را از دست می‌دهد و در نهایت حتی سیاهچاله های شگفت انگیز نیز، خواهند مرد!